JP7289232B2 - 作業機械および作業機械の制御システム - Google Patents

Description

本開示は、作業機械および作業機械の制御システムに関する。

従来、以下のような装置が提案されている。油圧ショベルは、旋回体にフロント作業機が設けられており、旋回体は旋回可能となっている。作業者を含む人が、旋回する旋回体、または旋回体の旋回時に移動するフロント作業機と衝突する可能性のある領域を、危険領域として設定する。認識すべき対象が危険領域内に存在していると判定された場合には、所定の安全措置が取られるようになっている。この安全措置は、ブザーによる警報の発生と、油圧ショベルの作動ロック手段とのいずれか一方の安全手段を備える（たとえば、特開２００４－３４３２９７号公報（特許文献１）参照）。

特開２００４－３４３２９７号公報

認識すべき対象が危険領域内に存在しているという判定結果のみに基づいて作動ロックする上記文献では、オペレータの意思にかかわらず、作業機械の動作が作動ロックされてしまう。そのため、オペレータの意思で、必要なときにのみ作業機械を動作させないようにすることが求められている。

本開示では、操作性を向上できる作業機械と、作業機械の操作性を向上できる制御システムとが提供される。

本開示に従うと、操作装置と、アクチュエータと、周囲監視装置と、コントローラとを備える、作業機械が提供される。操作装置は、作業機械を動作させるために操作される。アクチュエータは、操作装置の操作に対応して、作業機械を駆動する。周囲監視装置は、作業機械の周囲に設定された設定領域内に認識すべき対象が存在しているか否かを検出するための装置である。コントローラは、作業機械を制御する。コントローラは、設定領域内に対象が存在することが検出されているときに、所定の操作装置が操作された場合に、その操作装置の操作に対応するアクチュエータの動作を制限する。

本開示に従えば、作業機械の操作性を向上することができる。

実施形態に基づく油圧ショベルの外観を説明する図である。 油圧ショベルのシステム構成を表したブロック図である。 油圧ショベルの周辺に設定された各領域を説明するための模式図である。 対象検知機能において実行される処理を示す概略図である。 第二実施形態の油圧ショベルのシステム構成を表したブロック図である。 第三実施形態の油圧ショベルのシステム構成を表したブロック図である。 油圧ショベルの制御システムの概略図である。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

［第一実施形態］
まず、作業機械の一例として、油圧ショベル１００の構成について説明する。図１は、実施形態に基づく油圧ショベル１００の外観を説明する図である。

図１に示されるように、油圧ショベル１００は、本体１と、油圧により作動する作業機２とを有している。本体１は、旋回体３と、走行装置５とを有している。走行装置５は、左右１対の履帯５Ｃｒと、走行モータ５Ｍとを有している。油圧ショベル１００は、履帯５Ｃｒの回転により走行可能である。走行モータ５Ｍは、走行装置５を駆動するための走行アクチュエータの一例である。走行モータ５Ｍが駆動することにより、履帯５Ｃｒが回転し、油圧ショベル１００が走行する。走行モータ５Ｍは、油圧により作動する油圧モータである。なお、走行装置５が車輪（タイヤ）を有していてもよい。

油圧ショベル１００の動作時には、走行装置５、より具体的には履帯５Ｃｒが、基準面、たとえば地面に設置される。

旋回体３は、走行装置５の上に配置され、かつ走行装置５により支持されている。旋回体３は、走行装置５の上部の旋回機構を介して、旋回可能に走行装置５に装着されている。旋回体３は、旋回軸ＲＸを中心として走行装置５に対して旋回可能に、走行装置５に搭載されている。走行装置５は地面に設置されているので、旋回体３は地面に対して旋回可能とされている。

旋回体３は、キャブ４を有している。油圧ショベル１００の乗員（オペレータ）は、このキャブ４に搭乗して、油圧ショベル１００を操縦する。キャブ４には、オペレータが着座する運転席が設けられている。オペレータは、キャブ４内において油圧ショベル１００を操作可能である。オペレータは、キャブ４内において、作業機２の操作が可能であり、走行装置５に対する旋回体３の旋回操作が可能であり、また走行装置５による油圧ショベル１００の走行操作が可能である。

旋回体３は、エンジンが収容されるエンジンルームと、旋回体３の後部に設けられるカウンタウェイトとを有している。

作業機２は、旋回体３に支持されている。作業機２は、旋回体３において、上下方向に作動可能に軸支されており、土砂の掘削などの作業を行う。作業機２は、ブーム６と、アーム７と、バケット８とを有している。ブーム６の基端部は、旋回体３に回転可能に連結されている。アーム７は、ブーム６の先端部に回転可能に連結されている。バケット８は、アーム７の先端部に回転可能に連結されている。

作業機２は、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２とを有している。ブームシリンダ１０は、ブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、およびバケットシリンダ１２のそれぞれは、油圧ポンプ（図２参照）から供給される作動油によって駆動される油圧シリンダである。ブーム６、アーム７およびバケット８の各々が油圧シリンダによって駆動されることにより、作業機２の動作が可能である。

油圧ショベル１００は、カメラ２０を備えている。カメラ２０は、油圧ショベル１００の周辺を撮像して、油圧ショベル１００の周辺の画像を取得するための撮像装置である。カメラ２０は、油圧ショベル１００の周辺の現況地形を取得可能であり、また油圧ショベル１００の周辺の障害物の存在を認識可能なように、構成されている。

カメラ２０は、右前方カメラ２１と、右側方カメラ２２と、後方カメラ２３と、左側方カメラ２４とを含んでいる。右前方カメラ２１と右側方カメラ２２とは、旋回体３の上面の右側縁部に配置されている。右前方カメラ２１は、右側方カメラ２２よりも前方に配置されている。右前方カメラ２１と右側方カメラ２２とは、前後方向における旋回体３の中央部付近に、前後に並んで配置されている。

後方カメラ２３は、前後方向において旋回体３の後端部に配置されており、左右方向において旋回体３の中央部に配置されている。旋回体３の後端部には、採掘時などにおいて車体のバランスをとるためのカウンタウェイトが設置されている。後方カメラ２３は、カウンタウェイトの上面に配置されている。左側方カメラ２４は、旋回体３の上面の左側縁部に配置されている。左側方カメラ２４は、前後方向における旋回体３の中央部付近に配置されている。

なお本実施形態においては、作業機２を基準として、油圧ショベル１００の各部の位置関係について説明する。

作業機２のブーム６は、旋回体３に対して、ブーム６の基端部に設けられたブームピンを中心に回動する。旋回体３に対して回動するブーム６の特定の部分、たとえばブーム６の先端部が移動する軌跡は円弧状であり、その円弧を含む平面が特定される。油圧ショベル１００を平面視した場合に、当該平面は直線として表される。この直線の延びる方向が、油圧ショベル１００の本体１の前後方向、または旋回体３の前後方向であり、以下では単に前後方向ともいう。油圧ショベル１００の本体１の左右方向（車幅方向）、または旋回体３の左右方向とは、平面視において前後方向と直交する方向であり、以下では単に左右方向ともいう。

前後方向において、油圧ショベル１００の本体１から作業機２が突き出している側が前方向であり、前方向と反対方向が後方向である。前方向を視て左右方向の右側、左側がそれぞれ右方向、左方向である。

前後方向とは、キャブ４内の運転席に着座したオペレータの前後方向である。運転席に着座したオペレータに正対する方向が前方向であり、運転席に着座したオペレータの背後方向が後方向である。左右方向とは、運転席に着座したオペレータの左右方向である。運転席に着座したオペレータが正面に正対したときの右側、左側がそれぞれ右方向、左方向である。

油圧ショベル１００には、メインコントローラ４０が搭載されている。メインコントローラ４０は、油圧ショベル１００の動作を制御する。メインコントローラ４０による油圧ショベル１００の制御については後述する。

図２は、油圧ショベル１００のシステム構成を表したブロック図である。図２に示されるように、油圧ショベル１００は、周辺監視コントローラ３０と、メインコントローラ４０と、油圧ポンプ５１から油圧アクチュエータ８０に至る油圧回路とを主に備えている。図２中の実線は油圧回路を示す。図２中の破線は電気回路を示す。なお図２には、実施形態の油圧ショベル１００を構成する電気回路の一部のみを図示している。

図１に示されるカメラ２０で取得した油圧ショベル１００の周辺の画像は、周辺監視コントローラ３０に入力される。図１に示されるカメラ２０のうち、右前方カメラ２１および右側方カメラ２２が代表的に図２に示されているが、後方カメラ２３および左側方カメラ２４で取得した画像も周辺監視コントローラ３０に入力されるのは勿論である。周辺監視コントローラ３０は、カメラ２０によって撮像された画像から、油圧ショベル１００の周辺画像を生成して、モニタ３１に表示する。

油圧ショベル１００の周辺画像は、右前方カメラ２１、右側方カメラ２２、後方カメラ２３または左側方カメラ２４のいずれか１つのカメラによって撮像された画像から生成された、単画像を含む。また油圧ショベル１００の周辺画像は、右前方カメラ２１、右側方カメラ２２、後方カメラ２３または左側方カメラ２４の各々によって撮像された複数の画像を合成して生成された、俯瞰画像を含む。

メインコントローラ４０は、油圧ショベル１００全体の動作を制御するコントローラであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、不揮発性メモリ、タイマなどにより構成されている。メインコントローラ４０は、油圧ショベル１００の車体情報をモニタ３１に表示する。油圧ショベル１００の車体情報は、たとえば、油圧ショベル１００の作業モード、燃料計により示される燃料残量、温度計により示される冷却水の温度または作動油の温度、エアコンの稼働状況などを含む。

図２に示されるシステムは、油圧ポンプ５１が図示しないエンジンによって駆動され、油圧ポンプ５１から吐出された作動油がメインバルブ７０を介して各種の油圧アクチュエータ８０に供給されるように、構成されている。油圧アクチュエータ８０への油圧の供給および排出が制御されることにより、作業機２の動作、旋回体３の旋回、および走行装置５の走行動作が制御される。油圧アクチュエータ８０は、図１に示される走行モータ５Ｍと、旋回モータ３Ｍとを含んでいる。油圧アクチュエータ８０は、図１に示されるブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、およびバケットシリンダ１２を含んでいる。

旋回モータ３Ｍは、旋回体３を旋回駆動するための旋回アクチュエータの一例である。旋回モータ３Ｍが駆動することにより、旋回体３が旋回動作する。旋回モータ３Ｍは、油圧により作動する油圧モータである。

油圧ポンプ５１は、走行装置５の走行および旋回体３の旋回に用いる作動油を供給する。油圧ポンプ５１は、エンジンの駆動軸に連結されている。エンジンの回転駆動力が油圧ポンプ５１に伝達されることにより、油圧ポンプ５１が駆動されて、油圧ポンプ５１は圧油を吐出する。油圧ポンプ５１は、たとえば、斜板を有し、斜板の傾転角が変更されることにより吐出容量を変化させる可変容量型の油圧ポンプである。

タンク５３は、油圧ポンプ５１が利用する油を蓄えるタンクである。タンク５３内に貯留された油が、油圧ポンプ５１の駆動によってタンク５３から吸い出され、作動油供給油路５５を経由してメインバルブ７０に供給される。

メインバルブ７０は、ロッド状のスプールを動かして作動油が流れる方向を切り換えるスプール方式の弁である。スプールが軸方向に移動することにより、油圧アクチュエータ８０、すなわち走行モータ５Ｍおよび旋回モータ３Ｍと、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２とに対する作動油の供給量が調整される。作動油は、油圧アクチュエータ８０を作動するために、油圧アクチュエータ８０に供給される油である。

メインバルブ７０から排出される作動油は、作動油排出油路５６を経由して、タンク５３へと戻される。

油圧ポンプ５１から送出された油の一部は、作動油供給油路５５から分岐してパイロット油路５７へ流入する。油圧ポンプ５１から送出された油の一部が自己圧減圧弁で減圧され、その減圧された油がパイロット油として使用される。パイロット油は、メインバルブ７０のスプールを作動するために、メインバルブ７０に供給される油である。メインバルブ７０は、一対のパイロットポート７２を有している。所定の油圧（パイロット圧）を有しているパイロット油が各パイロットポート７２へ供給されることにより、パイロット圧に従ってスプールが移動して、メインバルブ７０が制御される。

パイロット油路５７には、操作装置６１が設けられている。操作装置６１は、油圧ショベル１００を動作させるために操作される。メインバルブ７０に印加されるパイロット圧は、操作装置６１が操作されることによって制御される。操作装置６１は、操作レバーを有している。操作レバーの操作量に応じた圧力のパイロット油が操作装置６１から出力され、メインバルブ７０の各パイロットポート７２へ供給される。

操作装置６１は、旋回操作装置を含んでいる。旋回操作装置は、旋回体３を旋回移動させるために、オペレータによって操作される。旋回体３の旋回移動によって、旋回体３の位置が変わる。旋回操作装置は、たとえば、キャブ４内の運転席の側方に配置されている。旋回操作装置は、たとえば、運転席の左側に配置されている。旋回操作装置は、たとえば、旋回操作レバーを含んでいる。

操作装置６１は、走行操作装置を含んでいる。走行操作装置は、油圧ショベル１００を走行させるために、より特定的には走行装置５を駆動させることにより油圧ショベル１００を移動させるために、オペレータによって操作される。油圧ショベル１００の走行によって、油圧ショベル１００の位置が変わる。走行操作装置は、たとえば、キャブ４内の運転席の前方に配置されている。走行操作装置は、たとえば、左右の各履帯５Ｃｒ用の一対の走行操作レバーまたはペダルを含んでいる。

パイロット油路５７には、電磁弁６３が設けられている。電磁弁６３は、パイロット油の流れ方向における操作装置６１よりも上流において、パイロット油路５７に接続されている。電磁弁６３は、メインコントローラ４０からの制御信号を受けて、開状態と閉状態とに切り替えられる。電磁弁６３は、メインコントローラ４０からの制御信号に基づいて、パイロット圧を調整する。電磁弁６３は、メインコントローラ４０からの制御信号に基づいて、パイロット油路５７の開閉制御を行う。

電磁弁６３が開状態であると、電磁弁６３を通過して操作装置６１にパイロット油が供給される。操作装置６１の操作が有効になることで、操作装置６１の操作に対応して、油圧ポンプ５１からメインバルブ７０を経由して油圧アクチュエータ８０へ供給される作動油の流れ方向および流量が調整される。電磁弁６３が閉状態であると、パイロット油路５７が遮断されて、操作装置６１へのパイロット油の供給が遮断される。閉状態の電磁弁６３がパイロット圧を遮断することにより、操作装置６１を操作しても油圧ポンプ５１から油圧アクチュエータ８０へ作動油が供給されなくなり、油圧アクチュエータ８０の動作が制限される。

このように、操作装置６１の操作に対応して油圧アクチュエータ８０への作動油の供給が制御されることにより、油圧アクチュエータ８０の出力が制御され、したがって走行装置５の走行動作および旋回体３の旋回動作が制御される。

パイロット油路５７の、パイロット油の流れ方向における操作装置６１よりも下流に、分岐管が接続されている。この分岐管に、圧力計６５が設けられている。圧力計６５は、操作装置６１を通過した後のパイロット油の圧力（パイロット圧）を検出する。圧力計６５が検出したパイロット圧を示す検出信号は、メインコントローラ４０に入力される。圧力計６５が検出したパイロット圧を示す検出信号は、操作装置６１の操作に応じた操作信号の一例である。

圧力計６５は、パイロット圧力に比例した電気信号を出力する圧力センサであってもよい。メインコントローラ４０は、圧力センサで検出されたパイロット圧が所定の閾値以上、たとえば５ｋｇ／ｃｍ^２以上であるときに、操作装置６１が操作されたと判定してもよい。

圧力計６５は、パイロット圧が設定した圧力になったときにオンとオフとが切り替わる圧力スイッチであってもよい。圧力スイッチの閾値がたとえば５ｋｇ／ｃｍ^２と設定されてもよく、この場合メインコントローラ４０は、圧力スイッチがオフからオンに切り替わったときに、パイロット油路５７に圧力が発生したことを検出して、操作装置６１が操作されたと判定してもよい。

図３は、油圧ショベル１００の周辺に設定された各領域を説明するための模式図である。図３には、平面視した油圧ショベル１００の概略が図示されている。図３に示される油圧ショベル１００は、図１に示される姿勢から旋回体３が走行装置５に対して９０°相対回転している。図３においては、旋回体３の前後方向は図中の上下方向である。図３に示される履帯５Ｃｒは、旋回体３の左右方向に延びている。

図３に示されるように、油圧ショベル１００の周辺には、第一境界線Ｂ１と第二境界線Ｂ２が設定されている。第一境界線Ｂ１は第二境界線Ｂ２よりも油圧ショベル１００から離れる位置に設定されている。第一境界線Ｂ１と第二境界線Ｂ２とは、油圧ショベル１００を取り囲み、略平行に並んで延びるように設定されている。

第一境界線Ｂ１は、第一境界線Ｂ１の内側、すなわち第一境界線Ｂ１よりも油圧ショベル１００の近くに、認識すべき対象としての障害物、たとえば人が存在していることを検出する境界線をなしている。第二境界線Ｂ２は、第二境界線Ｂ２の内側、すなわち第二境界線Ｂ２よりも油圧ショベル１００の近くに、認識すべき対象が存在している場合には油圧ショベル１００の動作を制限する境界線をなしている。第二境界線Ｂ２の内側の領域を、停止制御領域Ａ２と称する。第一境界線Ｂ１と第二境界線Ｂ２との間の領域を、検知領域Ａ１と称する。

図３中にハッチングを付して示す可視領域Ａ３は、キャブ４に搭乗するオペレータが前方を向いたときに目視できる領域を示す。可視領域Ａ３は、旋回体３の前方に設定されている。可視領域Ａ３は、カメラ２０の死角となる領域であり、右前方カメラ２１、右側方カメラ２２、後方カメラ２３および左側方カメラ２４の撮像する画像には、可視領域Ａ３は含まれない。検知領域Ａ１、停止制御領域Ａ２および可視領域Ａ３は、いずれも油圧ショベル１００の周辺に設定された領域である。停止制御領域Ａ２は、実施形態の「設定領域」に相当する。

カメラ２０は、可視領域Ａ３を除く、油圧ショベル１００の周辺の画像を取得する。カメラ２０は、検知領域Ａ１内の画像を取得可能であり、停止制御領域Ａ２内の画像もまた取得可能である。カメラ２０が取得した画像に、認識すべき対象としての障害物、たとえば人が写り込んでいるか否かを周辺監視コントローラ３０が判断することにより、油圧ショベル１００の周辺に認識すべき対象が存在しているか否かが検出される。メインコントローラ４０は、油圧ショベル１００の周辺に認識すべき対象が存在しているか否かの検出結果を示す電気信号を、周辺監視コントローラ３０から受信する。

カメラ２０と周辺監視コントローラ３０とは、実施形態の周辺監視装置を構成する。カメラ２０が取得した検知領域Ａ１内の画像から、周辺監視コントローラ３０は、人などの認識すべき対象が検知領域Ａ１内に存在しているか否かを検出する。カメラ２０が取得した設定領域としての停止制御領域Ａ２内の画像から、周辺監視コントローラ３０は、人などの認識すべき対象が停止制御領域Ａ２内に存在しているか否かを検出する。

メインコントローラ４０は、対象検知機能を実行する。本実施形態における対象検知機能とは、停止制御領域Ａ２内に人などの認識すべき対象が存在することが検出されたときに、油圧ショベル１００の動作を制限する機能である。図４は、対象検知機能において実行される各処理を示す概略図である。

図４に示される待機状態とは、検知領域Ａ１内および停止制御領域Ａ２内に、人などの認識すべき対象が存在していない状態を示す。待機状態では、油圧ショベル１００の動作が制限されない。待機状態では、警報および注意報が発報されることはない。

待機状態にあるときに、検知領域Ａ１内に人などの対象が存在することが検知された場合に、注意報が発報される。注意報は、モニタ３１に注意報を示すアイコンが表示されることで、オペレータに視覚的に注意を喚起するものであってもよい。注意報は、ブザーなどの、オペレータに聴覚的に注意を喚起するものであってもよい。

注意報の発報中に、検知領域Ａ１内から人が存在しなくなったことが検知され、その検知が所定時間、たとえば５秒間継続すると、注意報の発報が停止し、待機状態に戻る。

注意報の発報中に、停止制御領域Ａ２内に人などの対象が存在することが検知された場合に、警報が発報される。警報は、モニタ３１に警報を示すアイコンが表示されることで、オペレータに視覚的に注意を喚起するものであってもよい。警報は、ブザーなどの、オペレータに聴覚的に注意を喚起するものであってもよい。注意報を発報するブザーと警報を発報するブザーとは同じ機器であってもよい。たとえば、ブザーの断続音の間隔を短くしたり、ブザー音の音量を変更したりすることで、オペレータに警報の発報を認識させてもよい。

警報の発報中に、停止制御領域Ａ２内から人が存在しなくなったことが検知され、その検知が所定時間、たとえば５秒間継続すると、警報の発報から注意報の発報に変更される。

警報の発報中、すなわち停止制御領域Ａ２内に認識すべき対象が存在することが検出されているときに、操作装置６１が操作された場合に、メインコントローラ４０は、操作装置６１の操作に対応する油圧アクチュエータ８０の動作を制限する。

この場合の操作装置６１が操作されたことの判定は、操作信号を検出することにより行われる。図２に示されるシステム構成では、圧力計６５がパイロット圧の変動を検出し、その検出信号がメインコントローラ４０に入力されることにより、メインコントローラ４０は操作信号を検出する。操作信号を検出したメインコントローラ４０は直ちに、電磁弁６３が閉状態になるように、電磁弁６３に制御信号を出力する。閉状態の電磁弁６３がパイロット油路５７を遮断することにより、メインバルブ７０のパイロットポート７２に供給されるパイロット圧が変動しなくなり、メインバルブ７０のスプールが停止する。これにより、操作装置６１を操作しても油圧ポンプ５１から油圧アクチュエータ８０へ作動油が供給されなくなり、油圧アクチュエータ８０の動作が制限される。

操作装置６１が油圧ショベル１００を走行させるために操作される走行操作装置であり、警報の発報中に走行操作装置が操作されたことが検出された場合には、メインコントローラ４０は、走行モータ５Ｍの動作を制限する。走行モータ５Ｍは、走行操作装置の操作に対応する油圧アクチュエータ８０の一例である。メインコントローラ４０は、走行モータ５Ｍを駆動させないようにし、走行モータ５Ｍが動作中であれば停止させて、油圧ショベル１００が移動しないように制御する。

操作装置６１が旋回体３を旋回動作させるために操作される旋回操作装置であり、警報の発報中に旋回操作装置が操作されたことが検出された場合には、メインコントローラ４０は、旋回モータ３Ｍの動作を制限する。旋回モータ３Ｍは、旋回操作装置の操作に対応する油圧アクチュエータ８０の一例である。メインコントローラ４０は、旋回モータ３Ｍを駆動させないようにし、旋回モータ３Ｍが動作中であれば停止させて、旋回体３が旋回移動しないように制御する。

他方、警報の発報中に、作業機２を動作させるために操作装置６１が操作された場合には、メインコントローラ４０は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２の動作を制限しない。上記の通り油圧ショベル１００の走行および旋回は制限されるものの、警報の発報中においても作業機２の動作は制限されないように、油圧ショベル１００が制御される。

対象の油圧アクチュエータ８０を停止させて油圧ショベル１００の動作を制限する処理が実行された後、検知領域Ａ１内から人が存在しなくなったことが検知されても、図４に示される待機状態には戻らない。待機状態に戻すには、たとえばロックレバーを一旦ロックしてさらにロックを解除するなどの、待機状態に戻すことを意図したオペレータによる手動の操作を必要とするように、構成されてもよい。

以上説明したように、実施形態の油圧ショベル１００においては、図４に示されるように、停止制御領域Ａ２内に人などの認識すべき対象が存在していることが検出されているときに、操作装置６１が操作された場合に、操作装置６１の操作に対応する油圧アクチュエータ８０の動作を制限する。

停止制御領域Ａ２内における対象の検知の有無に加えて、操作装置６１の操作を判定条件として、メインバルブ７０へのパイロット圧の供給を遮断することで、油圧ショベル１００の機械的な動きが停止するように構成されている。停止制御領域Ａ２内の人の存在が検知されたときに、油圧アクチュエータ８０を一律に停止するのではなく、操作装置６１が操作されたときにその操作の内容に対応して油圧アクチュエータ８０を停止させるか否かを任意に変更できる。オペレータの意思で、必要なときにのみ油圧ショベル１００の動作を制限するように構成されている。これにより、油圧ショベル１００の操作性を向上することができる。

図２に示されるように、操作装置６１は、操作装置６１の操作に応じた操作信号を出力する。メインコントローラ４０は、この操作信号を検出することにより、操作装置６１が操作されたと判定する。操作装置６１は、操作装置６１を通過した後のパイロット圧を変動させ、このパイロット圧を圧力計６５で検出し、圧力計６５が検出結果をメインコントローラ４０に出力する。メインコントローラ４０は、圧力計６５から入力されたパイロット圧の検出結果に基づいて、操作装置６１が操作されたと判定する。これによりメインコントローラ４０は、操作装置６１が操作されたか否かを精度よく判定することができる。

図２に示されるように、油圧アクチュエータ８０は油圧ショベル１００を走行させる走行装置５を駆動するための走行モータ５Ｍを含み、メインコントローラ４０は、油圧ショベル１００を走行させるために操作される走行操作装置が操作された場合に、走行モータ５Ｍの動作を制限してもよい。このように油圧ショベル１００を走行させないように制御することで、停止制御領域Ａ２内に存在している障害物に、走行した油圧ショベル１００が接触することを確実に回避することができる。オペレータは、走行している油圧ショベル１００を障害物に接触させないための特段の操作をしなくてもよく、係る観点からも油圧ショベル１００の操作性が向上されている。

図２に示されるように、油圧アクチュエータ８０は旋回体３を旋回駆動するための旋回モータ３Ｍを含み、メインコントローラ４０は、旋回体３を旋回させるために操作される旋回操作装置が操作された場合に、旋回モータ３Ｍの動作を制限してもよい。このように旋回体３を旋回させないように制御することで、停止制御領域Ａ２内に存在している障害物に、旋回した旋回体３が接触することを確実に回避することができる。オペレータは、旋回している旋回体３を障害物に接触させないための特段の操作をしなくてもよく、係る観点からも油圧ショベル１００の操作性が向上されている。

油圧ショベル１００と障害物との接触が発生する可能性があるのは、旋回体３の旋回時、または油圧ショベル１００の走行時である。オペレータが旋回操作装置または走行操作装置を操作するときには、作業機２および車体の目視確認が難しいため、油圧ショベル１００と障害物との接触が発生する可能性がある。そのためメインコントローラ４０は、旋回操作装置が操作された場合に、旋回モータ３Ｍの動作を制限して、旋回体３を旋回させないようにする。メインコントローラ４０は、走行操作装置が操作された場合に、走行モータ５Ｍの動作を制限して、油圧ショベル１００を走行させないようにする。メインコントローラ４０は、オペレータの操作の内容に応じて、障害物との接触が想定される油圧ショベル１００の動作を止めるように制御する。これにより、走行または旋回する油圧ショベル１００が障害物に接触することを、確実に回避することができる。

メインコントローラ４０は、停止制御領域Ａ２内に人が存在していることが検出されているときに、作業機２を動作させるために操作される作業機操作装置が操作された場合には、作業機２の動作を制限しない。キャブ４内に搭乗しているオペレータは、作業機２を動作させるとき、作業機２を自身の目で見ながら動作させるのが通常である。停止制御領域Ａ２内に人が存在していても、作業機２の動作に影響する位置には人は存在していないことをオペレータが目視確認できれば、作業機２の動作が許容され、オペレータは作業機２を自在に動かすことが可能とされる。これにより、油圧ショベル１００の操作性を向上することができる。

［第二実施形態］
図５は、第二実施形態の油圧ショベル１００のシステム構成を表したブロック図である。図２に示される第一実施形態のシステム構成と比較して、第二実施形態のシステム構成は、操作装置６１に替えて電気式の操作装置１６１を有するとともに、電磁弁６３に替えて比例電磁弁１６３を有している。

操作装置１６１は、操作レバーを有している。操作装置１６１は、操作レバーの操作方向および操作量を示す検出信号を、メインコントローラ４０に出力する。第二実施形態においては、この操作装置１６１の出力する検出信号が、操作装置１６１の操作に応じた操作信号に相当する。

メインコントローラ４０は、操作装置１６１の操作内容に従って比例電磁弁１６３に制御信号を出力し、比例電磁弁１６３の開度を制御する。メインコントローラ４０は、比例電磁弁１６３の開度を調節することにより、パイロット油路５７を流れるパイロット油の圧力を変化させ、メインバルブ７０の一対のパイロットポート７２に供給されるパイロット圧を制御する。圧力計６５は、比例電磁弁１６３によって調節されたパイロット圧を検出する。

停止制御領域Ａ２内に人が存在することが検出されているときに操作装置１６１が操作され、操作装置１６１から操作信号がメインコントローラ４０に入力されることにより、メインコントローラ４０は操作信号を検出する。操作信号を検出したメインコントローラ４０は直ちに、比例電磁弁１６３が全閉状態になるように、比例電磁弁１６３に制御信号を出力する。全閉状態の比例電磁弁１６３がパイロット圧を遮断することにより、メインバルブ７０のスプールが停止する。これにより、操作装置６１を操作しても油圧ポンプ５１から油圧アクチュエータ８０へ作動油が供給されなくなり、操作装置６１の操作に対応する油圧アクチュエータ８０の動作が制限される。

第二実施形態のシステム構成によっても、第一実施形態と同様に、操作装置１６１の操作の内容に対応して油圧アクチュエータ８０を停止させるか否かを任意に変更できるので、油圧ショベル１００の操作性を向上することができる。

［第三実施形態］
図６は、第三実施形態の油圧ショベル１００のシステム構成を表したブロック図である。第三実施形態のシステム構成は、第二実施形態と同様に、電気式の操作装置１６１を有している。図５に示される第二実施形態のシステム構成と比較して、第三実施形態のシステム構成は、パイロット油路５７を有していない。第三実施形態においては、メインバルブ１７０は、ソレノイド駆動式のスプール１７２を有しており、パイロットポートを有していない。

メインコントローラ４０は、操作装置１６１の操作内容に従ってスプール１７２に制御信号を出力し、スプール１７２の位置を制御する。

停止制御領域Ａ２内に人が存在することが検出されているときに操作装置１６１が操作され、操作装置１６１から操作信号がメインコントローラ４０に入力されることにより、メインコントローラ４０は操作信号を検出する。操作信号を検出したメインコントローラ４０は直ちに、スプール１７２を停止させるように、スプール１７２に制御信号を出力する。これにより、操作装置６１を操作しても油圧ポンプ５１から油圧アクチュエータ８０へ作動油が供給されなくなり、操作装置６１の操作に対応する油圧アクチュエータ８０の動作が制限される。

第三実施形態のシステム構成によっても、第一実施形態と同様に、操作装置１６１の操作の内容に対応して油圧アクチュエータ８０を停止させるか否かを任意に変更できるので、油圧ショベル１００の操作性を向上することができる。

これまでの実施形態の説明では、油圧ショベル１００がメインコントローラ４０を備えており、油圧ショベル１００に搭載されているメインコントローラ４０が油圧ショベル１００の動作を制御する例について説明した。油圧ショベル１００の動作を制御するコントローラは、必ずしも油圧ショベル１００に搭載されていなくてもよい。

図７は、油圧ショベル１００の制御システムの概略図である。油圧ショベル１００に搭載されたメインコントローラ４０とは別に設けられた外部のコントローラ２４０が、油圧ショベル１００の制御システムを構成してもよい。コントローラ２４０は、油圧ショベル１００の作業現場に配置されてもよく、油圧ショベル１００の作業現場から離れた遠隔地に配置されてもよい。

上記においては、作業機械の一例として油圧ショベル１００について説明したが、本開示の思想を適用可能な作業機械は、ホイールローダ、モータグレーダ、クレーンなどであってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 本体、２ 作業機、３ 旋回体、３Ｍ 旋回モータ、５ 走行装置、５Ｃｒ 履帯、５Ｍ 走行モータ、６ ブーム、７ アーム、８ バケット、１０ ブームシリンダ、１１ アームシリンダ、１２ バケットシリンダ、２０ カメラ、２１ 右前方カメラ、２２ 右側方カメラ、２３ 後方カメラ、２４ 左側方カメラ、３０ 周辺監視コントローラ、３１ モニタ、４０ メインコントローラ、５１ 油圧ポンプ、５３ タンク、５５ 作動油供給油路、５６ 作動油排出油路、５７ パイロット油路、６１，１６１ 操作装置、６３ 電磁弁、６５ 圧力計、７０，１７０ メインバルブ、７２ パイロットポート、８０ 油圧アクチュエータ、１００ 油圧ショベル、１６３ 比例電磁弁、１７２ スプール、２４０ コントローラ、Ａ１ 検知領域、Ａ２ 停止制御領域、Ａ３ 可視領域、Ｂ１ 第一境界線、Ｂ２ 第二境界線、ＲＸ 旋回軸。

Claims (5)

1. 作業機械であって、
   前記作業機械を動作させるために操作される操作装置と、
   前記操作装置の操作に対応して前記作業機械を駆動するためのアクチュエータと、
   前記作業機械の周囲に設定された第一境界線の内側の検知領域内に認識すべき対象が存在しているか否かを検出するための周囲監視装置と、
   前記作業機械を制御するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、前記検知領域内に前記対象が存在していることが検出された場合に、注意報を発報し、
   前記コントローラは、前記第一境界線よりも前記作業機械に近い第二境界線の内側の停止制御領域内に前記対象が存在していることが検出された場合に、警報を発報し、
   前記コントローラは、前記停止制御領域内に前記対象が存在することが検出されているときに、前記操作装置が操作された場合に、前記操作装置の操作に対応する前記アクチュエータの動作を制限する、作業機械。
2. 前記操作装置は、前記操作装置の操作に応じた操作信号を出力し、
   前記コントローラは、前記操作信号を検出することにより、前記操作装置が操作されたと判定する、請求項１に記載の作業機械。
3. 前記作業機械は、前記作業機械を走行させる走行装置を含み、
   前記操作装置は、前記作業機械を走行させるために操作される走行操作装置を含み、
   前記アクチュエータは、前記走行装置を駆動するための走行アクチュエータを含み、
   前記コントローラは、前記停止制御領域内に前記対象が存在することが検出されているときに、前記走行操作装置が操作された場合に、前記走行アクチュエータの動作を制限する、請求項１または２に記載の作業機械。
4. 前記作業機械は、地面に対して旋回可能な旋回体を含み、
   前記操作装置は、前記旋回体を旋回させるために操作される旋回操作装置を含み、
   前記アクチュエータは、前記旋回体を旋回駆動するための旋回アクチュエータを含み、
   前記コントローラは、前記停止制御領域内に前記対象が存在することが検出されているときに、前記旋回操作装置が操作された場合に、前記旋回アクチュエータの動作を制限する、請求項１または２に記載の作業機械。
5. 作業機械の制御システムであって、
   前記作業機械を動作させるために操作される操作装置と、
   前記操作装置の操作に対応して前記作業機械を駆動するためのアクチュエータと、
   前記作業機械の周囲に設定された第一境界線の内側の検知領域内に認識すべき対象が存在しているか否かを検出するための周囲監視装置とを備え、
   前記検知領域内に前記対象が存在していることが検出された場合に、注意報を発報し、
   前記第一境界線よりも前記作業機械に近い第二境界線の内側の停止制御領域内に前記対象が存在していることが検出された場合に、警報を発報し、
   前記停止制御領域内に前記対象が存在することが検出されているときに、前記操作装置が操作された場合に、前記操作装置の操作に対応する前記アクチュエータの動作を制限する、作業機械の制御システム。

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